基于云计算的余热回收控制系统

吕宁

摘要：目前各大电厂在使用余热回收装置在节能减排的同时，因为普遍采取传统控制方式，每套余热回收装置都会配备传统的PLC及上位计算机进行控制，这样在设备的利用及对余热利用装置的冷端控制效果上都不尽人意。本文在此提出利用最新云计算模式来代替传统控制中上位机部分，不仅能更好的对大惯性控制系统上更好的进行数据对比分析解决低温腐蚀现象，也能同时降低企业的投资成本。

关键词：云计算；控制；余热回收

1 烟气余热利用设备的传统结构及控制方式

1.1低压省煤器在直接换热技术下联箱第一列管程接入了外管道配水，因被调节的水量在管道内的容量有限，加之外界能够提供相对稳定的热源温度范围有限，冷、热源温度动态变化的结果，客观上导致了壁温变化无法满足始终高于酸露点的控制策略的实现，运行若干时段后出现点腐蚀，给生产安全带来隐患，也降低了设备投资的经济性。

1.2热管换热器和相变换热器为代表的间接换热技术，解决了壁温腐蚀的问题，但总传热速率比直接换热相对较低，在等壁温的条件下，其降温幅度受限，因结构特殊，也存在着安装位置受限的约束。

综上所述，在余热利用装置实际应用的过程中，无论是直接换热和间接换热装置，现在的大多数换热装置均需要调节冷源水温或流量，以保持换热器的壁温在酸露点之上，都采用传统控制系统。但一方面，传统的余热利用控制系统，单个余热利用装置都独立配备一个控制系统，其会增加余热利用装置的成本的同时，也会造成一定的资源浪费。另一方面，但由于余热回收设备换热温差小，导致传热速率慢，所调节的冷源与烟气换热的时间滞后，属于典型的大惯性温度调节系统。对于这种大惯性温度调节系统，其温度控制的难点在于控制时效的不确定性。

2 采用现代云计算控制方式代替传统上位机控制方式

2.1云计算技术的在余热回收装置中的应用

硬件连接框图

现场传测量装置13采集信号送入终端1（由多个余热控制系统构成），存储芯片5进行存储，数据从数据输出端子7输出，通过网络模块4经互联网送至云端服务器2，由处理芯片8对数据进行解析，存储单元9进行存储、PID控制器11以及模糊控制器12进行处理计算后输出调节信号由网络模块10经互联网发送至相应终端1，数据从输入端子6输入，由数据解码芯片3进行解码，将信号输入到电动调节阀14，由电动调节阀14执行动作改变开度。

工作时，终端上PROFIBUS接口与余热利用装置中的各温度传感器相连；所述数据输出端子与余热利用装置中的各电动调节阀相连；终端采集到余热利用装置中的各项温度数据，并通过网络模块送达云端服务器、云端服务器的处理器对采集来的数据和云库中的数据进行解析后送至模糊控制器内进行计算，将计算所得送至PID控制器中，PID控制器将控制信息送入网络模块中，经由网络模块送至终端，终端再将控制信息解析，变为控制信息，对各电动调节阀的开度进行控制，实际冷源控制调节，终端内的存储芯片及云端服务器内的存储单元用于对各项数据进行一定时间段的存储，便于后期调用查看。

3.应用实例

在大连香海电厂3#、4#炉低温余热回收装置中，烟气流量采用一组集成式采样技术，可以输出动压（计算流量）、静压（计算阻力）。温度热电阻另外植入，数据参与流量计算。烟气流量计的原理是采用多孔毕托管加差压变送器测量动静压，输出标准模拟量，然后依据所在截面积，计算体积流量后输入云端，依据温度参数，计算出标准烟气量。可在烟气高低粉尘下使用，测量范围可设定，一般在流速3-12M/S下使用。我们采用了云计算模式对下位采集的数据进行了综合比较，根据原燃煤机组煤质分析及酸露点计算为83.66℃，设计上联箱控制温度为105℃，云计算模式也为对其他因素进行了统一分析在锅炉排烟温度从140℃降到110℃时，利用上述云控制模型，控制冷源温度，当换热器外壁温大于95℃（已高于酸露点12℃）时，云控制输出内壁温信号大于等于70℃，此时可将将86.46t/h的除盐水从5℃加热至30℃；或者将48.24 t/h的供暖回水从47.8℃加热至92.6℃；或者将78.48 t/h的凝结水从65.1℃加热至92.6℃。其回流比Q结果分别控制为0、0.19和1.32 [注：循环回流比Q=(混合水温-冷源温度) / (热源温度-混合水温)]。当锅炉负荷降低，或季节变化时，如烟气温度从120℃降到110℃时，当换热器外壁温大于95℃（已高于酸露点12℃）时，模糊控制输出内壁温信号大于等于70℃，此时可将将28.8 t/h的除盐水从5℃加热至30℃；或者将16.8 t/h的供暖回水从47.8℃加热至92.6℃；或者将29.5 t/h的凝结水从65.1℃加热至92.6℃。因此，利用云控制系统对于换热系统的多种冷源的变化，实现了热力系统可控可调。在实践中通过一年的运行及数据采集，在设备停运后打开查看，未出现低温腐蚀现象并且设备安全稳定运行一年未产生维修情况。

4 结论

采用云计算控制方式能够比传统控制方式首先能够在保证最大节能量的同时避免管壁的低温腐蚀，即可通过一个云库（经验数据库）对不同现场采集的数据进行数据对比，在经验公式的计算下给出最优结果，克服了对余热装置的大反馈系统控制滞后现象；能够实现远程中央集控分析，通过云端服务器远在万里之外的工程技术人员能随时调取现场数据进行分析，在设备出现问题的时候能第一时间收集数据及时解决；在投资上采用云端控制方式能使得设备结构简单，设计合理，使用单一云端服务器可同时对多个个终端进行控制，即可实现对多个余热利用装置使用单一控制系统进行控制，适用性好，不会资源浪费的同时，还可以一定程度上降低余热回收装置的建造及使用成本。

[1] 王鹏.走近云计算.人民邮电出版社. 2009-6-1

[2]绪方胜彦.现代控制工程.科学出版社，1976

[3]梅晓蓉，庄显义.自动控制理论.电子工业出版社，2002

[4]戴锅生.传热学.高等教育出版社，1999